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标题: fluent传热分析 [打印本页]

作者: 周喜灵 时间: 2013-5-14 10:07
标题: fluent传热分析
我的模型是塑胶行业用的一个螺旋槽式的预热辊，主要是对辊的温度场进行分析。辊的各部分结构、边界条件以及问题的描述如下，麻烦各位高手给予指点，不胜感激。一：模型及边界条件（1）模型整个辊筒包括外辊，内辊，流体部分，外辊直径为200mm，长度为320mm；螺旋流道截面为矩形，宽为16mm，高为7mm。外辊，内辊以及流体的模型如下[img=,][/img] [img=,][/img] [img=,][/img]（2）材料设置[img=,][/img] （3）边界条件入口：速度入口为2.28m/s，雷诺数=9700，温度=368K出口：压力出口，静压设为0.辊筒外壁及两个端部：与空气对流换热（换热系数=5w/m2﹒k），空气温度=298K内外辊及流体均设置为轴向转动，转速为2.1rad/s（旋转坐标系方法）.其余边界均保持默认。湍流模型选择标准的κ-ε模型，壁面函数也是标准的。（4）求解设置分离解法；求解方程的离散格式全部选择二级迎风格式；求解过程采用瞬态求解，瞬态求解格式采用二级隐式；弛因子及残差控制均保持默认。（5）结果分析①当流体的流向与整个辊筒（包括内外辊和流体）的转动方向一致时（顺转）外辊表面的温度场如下【辊内上端白色网格为流体入口】[img=,][/img]②当流体的流动方向与整个辊筒的转动方向不一致时（反转）辊面的温度场如下【辊内上端白色网格为流体入口】[img=,][/img]③正反转的情况下的外辊面轴向温度分布曲线[img=,][/img]④正反转时流体出口端流道截面处的温度分布[img=,][/img]⑤不同换热系数下正反转时辊面的温度分布情况（a）. 换热系数换成1000时辊面的轴向温度分布[img=,][/img]（b）. 换热系数换成100时辊面的轴向温度分布[img=,][/img]（c）. 换热系数换成25时辊面的轴向温度分布[img=,][/img]⑥流道表面的热流量分布(a) 流体与外辊接触面的热流量分布（左为反转时，右为正转时）[img=,][/img](b)流体与内辊接触面的热流量分布（左为反转时，右为正转时）[img=,][/img] 问题：(1) 反转时辊筒出口端温度为什么会突然下降呢？而且这种情况下温差很大（将近一度）？(2)为什么反转时流体高温区位于截面下端，而正转时高温区位于截面上端？(3) 为什么正反转时末端的温度差会随着换热系数的减小越来越明显呢？(4)为什么反转时流道末端热流量突然增大？(5)为什么正反转时流道上下两侧面的热流量呈现相反的分布？

作者: 李梦 时间: 2013-5-14 13:34
（1），反转的时候温度下降定性上来说完全正确，因为：a.流体和固体之间的相对速度比较大。流速大，那么流体的对流换热系数就会增强，而热量主要是依靠辊筒外壁及两个端部带走，因此热量传给辊筒的速度增加，势必会加快液体的降温；这点，由你的结果分析中的图5就可以看出，左图应该是逆转，出口处流体的温度比右图凉快，这就是强化传热的效果。b.其实不仅仅是出口的温度低，辊筒的上下两个端面温度都比中间低，原因在于端面本身就是比较大的散热面，而端面上没有供热的热源（硅油）所以温度低。（2），对这个问题，我觉得还是从对流系数的角度来说。逆流的情况下，对流换热系数大，所以图结果分析中的图2显示，外辊的上部温度比较高，也就是硅油的热量传递给外辊比较多，因此因此上部的流体应该温度比较低（热量传给辊了）。反之，应该能理解吧？你做个全局的切面图，应该容易理解，你会发现，逆转的情况下，流体和相邻的固体之间的温差小。（3），我觉得你这个结论时片面的。你把换热系数换成0.5,0.05,0.005再比较一下看看。结论应该不一样了。我想表达的是，这里应该不是个单调的关系，而是在一定范围内是单调的。做个热电类比。电流：热流量；电压：温度；对流系数的倒数（热阻）：电阻；现在是两个电阻A（硅油和辊的对流热阻）和B（外部空气和辊的对流热阻）串联。那么在A电阻上的压降应该为U/(1+(B/A))。拿着这个公式分析，你会发现是单调的，但是实际上你的A有两个选项（逆流和顺流的两种对流系数），当A不唯一的时候，你就不能说这个是单调函数了。（4），由图2可以看出，出口处外辊的温度低，硅油和外辊的温差大，而逆流的对流系数也大，那热流量当热也大了。（5），这个和问题2一起理解就容易了。如2中所说，“逆流的情况下，对流换热系数大，所以图结果分析中的图2显示，外辊的上部温度比较高，也就是硅油的热量传递给外辊比较多”这个多，就是热流量大的通俗说法。

作者: 周喜灵 时间: 2013-5-14 16:09
您好，很感谢您的回答，我对您的回答还有几点不明白，望您能给予解答：（1）在设置转动的时候，我对内外辊和流体同时施加了相同的转速，因此，这种情况下不论是正转还是反转，流体与辊筒的相对速度是不是只取决于我所施加的入口流速啊？也就是说，只要入口流速一样，正反转时流体与辊筒的相对速度是一样的？（模拟时未考虑重力的影响）（2）同问题1，如果正反转时流体与辊筒的相对速度一样，是不是两者的对流换热系数也一样？（3）对于这个问题，换热系数很小的情况下我还没计算过，接下来我会按照您的条件计算一下。（4）如果问题1解决了，这两个问题我就明白了。（5）反转时流道的上侧与正转时流道的下侧的热流量都显示为正值，是不是意味着这两处辊筒要将热量传递给流体啊？为什么呢？相反，两外两侧为负值且其绝对值的大小和正值相等，两者之间是不是有什么关系呢？此外，流道的上下两侧面传递的热量为什么远大于内外两侧面呢？

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